DE4339236C1 - Through-flow turbine - Google Patents

Through-flow turbine

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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/062—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Abstract

The invention relates to a further embodiment of the through-flow turbine according to Patent Application P 4320606.9-15. According to the invention, the turbine is configured as follows for the use of air as the flowing medium: An isolating plate (2, 3) angled in the shape of a z is arranged on each rotating blade (1) in such a way that it reaches in part through the rotating blade (1) at right angles to the longitudinal extent thereof, and in the state of rest of the turbine the upper (2) and lower sections (3) of the isolating plate (2, 3) bear against the respective sections of the rotating blade (1) (2(A), 3(A)), under the action of a compression spring (6), while at high rotational speeds of the turbine the isolating plate (2, 3) assumes, owing to the centrifugal force acting on the heavy, lower section (3) of the isolating plate (2, 3), an end position (2(B), 3(B)) by means of which the effect of the rotating blades (1) is reduced and so the rotational speed is decreased. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Durchströmturbine, bestehend aus einem zwischen einer Flüssigkeitseintrittsöffnung und einer Flüssigkeits­ austrittsöffnung senkrecht zur Durchflußrichtung der Flüssigkeit an­ geordneten walzenförmigen Laufrad, das voneinander beabstandete Lauf­ schaufeln aufweist, bei der die einströmende Flüssigkeit über Leit­ schaufeln geführt wird und bei der das Laufrad aus je einer ring­ scheibenförmigen unteren und oberen Stirnplatte besteht, welche über die Laufschaufeln miteinander verbunden sind, wobei in dem vom Laufrad umfaßten Kernbereich (10) zusätzlich stationäre Leitschaufeln ange­ ordnet sind.The invention relates to a flow-through turbine, consisting of a between a liquid inlet opening and a liquid outlet opening perpendicular to the direction of flow of the liquid to ordered cylindrical impeller, which has spaced-apart blades, in which the inflowing liquid is guided by vanes and in which the impeller from each an annular disc-shaped lower and upper end plate, which are connected to each other via the blades, in the core area ( 10 ) encompassed by the impeller additionally stationary guide vanes are arranged.

Bekanntlich hängt die Umdrehungsgeschwindigkeit einer Turbine von der Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Mediums und von der Durchsatz­ menge an den Turbinenschaufeln ab.As is known, the speed of rotation of a turbine depends on that Flow velocity of the flowing medium and of the throughput amount on the turbine blades.

Aus der DE 37 31 772 A1 ist eine Durchströmturbine bekannt, die ein Laufrad mit geschlossenen Stirnflächen, am Umfang angeordneten Lauf­ schaufeln und im Laufrad mittig eine um die Achse drehbar angeordnete Leitschaufel aufweist. Eine Leistungsregelung erfolgt durch Drehung der inneren Leitschaufel, die je nach Winkelstellung zur Strömungsrich­ tung des Wirkmediums den inneren Durchströmungsquerschnitt mehr oder minder freigibt. Die Durchsatzmenge durch Klappen oder Leitbleche am Einlaß des Turbinengehäuses zu regulieren, bedeutet jedoch für eine Drehzahlsteuerung einen komplizierten Aufbau, da erst die Drehzahl meßtechnisch erfaßt und sodann dieser Meßwert auf eine mechanische Verstellung der Klappen umgesetzt werden muß.From DE 37 31 772 A1 a through-flow turbine is known, the one Impeller with closed end faces, barrel arranged on the circumference shovel and in the center of the impeller, a rotating one around the axis Has guide vane. The output is regulated by rotation the inner guide vane, which depending on the angular position to the flow direction tion of the active medium more or the inner flow cross-section less releases. The flow rate through flaps or baffles on However, regulating the inlet of the turbine housing means for one Speed control a complicated structure, because only the speed metrologically recorded and then this measured value to a mechanical Adjustment of the flaps must be implemented.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, speziell für eine Luftturbine eine Drehzahlsteuerung mit einem einfachen konstruktiven Aufbau anzu­ geben. The invention has for its object, especially for an air turbine a speed control with a simple design give.  

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebenen konstruktiven Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der erfin­ dungsgemäßen Turbine sind in den Unteransprüchen angegeben.According to the invention, the object is defined by that in claim 1 constructive features solved. Appropriate configurations of the inventions Turbine according to the invention are specified in the subclaims.

Auf eine relativ einfache Weise läßt sich eine festgelegte Drehzahl der Turbine dadurch erreichen, daß das Absperrblech an jeder Laufschaufel mit steigender Umdrehungsgeschwindigkeit des Laufrades aus einer Po­ sition, in der es eng an der Laufschaufel anliegt, wobei es von einer Druckfeder in diese Position gedrückt wird, aufgrund des Wirksamwerdens der Fliehkraft des schwereren Abschnitts des Absperrbleches allmählich in eine Querlage gedreht wird, in deren Endposition die Absperrbleche etwa einen geschlossenen Ring um den unteren Teil der Laufschaufeln und um das Kernteil mit den zusätzlichen stationären Leitschaufeln bil­ det, so daß diese Elemente für den Antrieb des Laufrades der Turbine nicht mehr wirksam sind. In a relatively simple way, a fixed speed of the Reach the turbine by placing the shut-off plate on each blade with increasing speed of rotation of the impeller from a bottom sition in which it fits snugly against the blade, with one Compression spring is pressed into this position, due to the effective the centrifugal force of the heavier section of the baffle gradually is turned into a transverse position, in the end position of which the baffles like a closed ring around the lower part of the blades and bil around the core part with the additional stationary guide vanes det, so these elements for driving the impeller of the turbine are no longer effective.  

Dadurch fällt die Umdrehungsgeschwindigkeit ab, und zwar so weit, bis sich die Absperrbleche unter der Federwirkung wieder in ihre Ausgangs­ lage zurückzudrehen beginnen. Durch Einstellung einer bestimmten Druck­ kraft der Feder ist eine vorgegebene Umdrehungsgeschwindigkeit zu erzielen.This causes the speed of rotation to drop, so far until the baffles under the spring action back into their starting started to turn back. By setting a certain pressure By means of the spring, a predetermined speed of rotation can be achieved.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. The drawings show:

Fig. 1 Querschnitt durch die erfindungsgemäße Turbine entsprechend der Schnittlinie C-C in Fig. 4 (Laufrad in Ruhe), Fig. 1 is a cross section through the turbine along the line CC in Fig. 4 (impeller at rest),

Fig. 2 Querschnitt durch die erfindungsgemäße Turbine entsprechend der Schnittlinie C-C in Fig. 4 (höchste Umdrehungsgeschwindigkeit), Fig. 2 cross-section through the turbine along the line CC in Fig. 4 (highest rotational speed),

Fig. 3 Betätigungsanordnung an der Laufschaufel, Fig. Actuator assembly 3 on the blade,

Fig. 4 schematische äußere Ansicht der Turbine. Fig. 4 schematic external view of the turbine.

Die Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch die Turbine, wobei erkennbar ist, wie an jeder Laufschaufel 1 ein Absperrblech 2, 3 angeordnet ist, das z-förmig abgewinkelt durch die Laufschaufel 1 hindurchgreift und bei Still­ stand oder kleinen Drehzahlen des Laufrades 7 sich unter dem Druck der auf die Kurvenplatte 4 wirkenden Feder 6 an die Laufschaufel 1 anlegt. Fig. 1 shows the cross section through the turbine, it can be seen how a shut-off plate 2 , 3 is arranged on each blade 1 , which reaches through the blade 1 in an angled Z-shape and was at a standstill or at low speeds of the impeller 7 applies the pressure of the spring 6 acting on the cam plate 4 to the rotor blade 1 .

Die Position A bezeichnet die in Fig. 3 gezeigten Einzelheiten für die Stellung 2(A), 3(A) des Absperrbleches 2, 3.The position A denotes the details shown in FIG. 3 for the position 2 (A), 3 (A) of the shut-off plate 2 , 3 .

Fig. 2 gibt die andere Einstellung der Absperrbleche 2, 3 bei hohen Dreh­ zahlen wieder, wobei die Position B die Einzelheiten in Fig. 3 für die Stellung 2(B), 3(B) des Absperrbleches 2, 3 betrifft. Fig. 2 shows the other setting of the baffles 2 , 3 at high speed again, the position B the details in Fig. 3 for the position 2 (B), 3 (B) of the baffle 2 , 3 relates.

In Fig. 3 sind die Einzelheiten der Betätigungsanordnung für die Absperr­ bleche 2, 3 dargestellt. Eine Druckfeder 6, die in einem Gehäuse am unteren Abschnitt der Laufschaufel 1 angebracht ist, wirkt über einen geradlinig geführten Stößel 5 auf eine Kurvenplatte 4, die am oberen Abschnitt 2 des Absperrbleches 2, 3 befestigt ist. Am Kopf des Stößels 5 ist eine Rolle 10 drehbar gelagert, die auf der Kontur der Kurvenplatte 4 läuft. Das Absperrblech 2, 3 ist abschnittweise (wie bei einem Scharnier) ent­ lang der Mittenlinie von Durchgreiföffnungen 9 mit z-förmigem Verlauf durch die Laufschaufel 1 hindurchgeführt und legt sich unter der Wirkung der Feder 6 im unteren vorderen Abschnitt bzw. im oberen hinteren Ab­ schnitt der Laufschaufel 1 unter der Wirkung der Feder 6 eng an diese an (Stellung 2(A), 3(A)).In Fig. 3 the details of the actuating arrangement for the shut-off plates 2 , 3 are shown. A compression spring 6 , which is attached in a housing to the lower section of the rotor blade 1 , acts via a straight plunger 5 on a cam plate 4 which is fastened to the upper section 2 of the shut-off plate 2 , 3 . At the head of the plunger 5 , a roller 10 is rotatably mounted, which runs on the contour of the cam plate 4 . The shut-off plate 2 , 3 is in sections (as with a hinge) ent along the center line of pass-through openings 9 with a z-shaped profile through the moving blade 1 and cuts under the action of the spring 6 in the lower front section or in the upper rear section the blade 1 under the action of the spring 6 close to this (position 2 (A), 3 (A)).

Bei Erhöhung der Drehzahl des Laufrades 7 wirkt sich die höhere Fliehkraft auf den aus einem schweren Material, z. B. Stahl, gefertigten Abschnitt 3 gegenüber der geringeren Fliehkraft auf den aus einem leichteren Material, z. B. Aluminium, gefertigten Abschnitt 2 des Absperrbleches 2, 3 dahin­ gehend aus, daß sich das Absperrblech 2, 3 um die Mittenlinie der Durchgreif­ öffnungen 9 bis in die Endposition 2(B), 3(B) dreht.When increasing the speed of the impeller 7 , the higher centrifugal force acts on a heavy material such. B. steel, manufactured section 3 against the lower centrifugal force on the from a lighter material, for. As aluminum, manufactured Absperrbleches portion 2 of the 2, 3 as meaning, in that the Absperrblech 2, 3 about the center line of the through-openings in the end position 9 to 2 (B), 3 (B) rotates.

In dieser Position wird die strömende Luft vom unteren Teil der Laufschaufel 1 und von dem mit zusätzlichen Leitschaufeln 17 versehenen Kernteil 16 der der Turbine ferngehalten.In this position, the flowing air is kept away from the lower part of the rotor blade 1 and from the core part 16, which is provided with additional guide blades 17 , of the turbine.

Durch eine Vorrichtung (nicht dargestellt) läßt sich die Druckkraft der Fe­ der 6 und damit die drehzahlregelnde Wirkung der Gesamtanordnung verändern.By means of a device (not shown), the pressure force of the Fe 6 and thus the speed-regulating effect of the overall arrangement can be changed.

Fig. 4 zeigt, daß an dem Gehäuse 8 der Turbine, vorzugsweise ein Stab- oder Rohrkäfig, mittig eine Drehlagerung 11 angebracht ist, mittels derer die Turbine in einem gabelförmigen Träger 12 zu ihrem Schutz vor zu heftiger Luftströmung aus der senkrechten Betriebslage in eine waagerechte Lage ge­ bracht werden kann, wobei das Leitblech 13 dafür sorgt, daß die Turbine mit ihrer Stirnseite in die Strömung dreht und somit das Laufrad 7 zum Stillstand kommt. Fig. 4 shows that on the housing 8 of the turbine, preferably a rod or tube cage, a rotary bearing 11 is attached in the center, by means of which the turbine in a fork-shaped carrier 12 to protect it from excessive air flow from the vertical operating position into a horizontal Location ge can be brought, the baffle 13 ensures that the turbine rotates with its end face in the flow and thus the impeller 7 comes to a standstill.

Das Leitblech 13 dient in der Betriebslage der Turbine dazu, über einen Arm 18 das Kernteil 16 mit den zusätzlichen Leitschaufeln 17 in die günstigste Position zu drehen.In the operating position of the turbine, the guide plate 13 serves to rotate the core part 16 with the additional guide blades 17 into the most favorable position via an arm 18 .

Die Drehbewegung des Laufrades 7 wird über einen Zahnkranz 14 auf einen Generator 15 übertragen.The rotary movement of the impeller 7 is transmitted to a generator 15 via a ring gear 14 .

Claims (3)

1. Durchströmturbine, bestehend aus einem zwischen einer Flüssigkeits­ eintrittsöffnung und einer Flüssigkeitsaustrittsöffnung senkrecht zur Durchflußrichtung der Flüssigkeit angeordneten walzenförmigen Laufrad (7), das voneinander beabstandete Laufschaufeln (1) aufweist, bei der die einströmende Flüssigkeit über Leitschaufeln (17) geführt wird und bei der das Laufrad (7) aus je einer ringscheibenförmigen unteren und oberen Stirnplatte besteht, welche über die Laufschau­ feln (1) miteinander verbunden sind, wobei in dem vom Laufrad (7) umfaßten Kernbereich zusätzliche stationäre Leitschaufeln (17) ange­ ordnet sind, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
  • - es wird ein gasförmiges strömendes Medium, z. B. Luft, eingesetzt
  • - jede Laufschaufel (1) ist mit einem z-förmig abgewinkelten Absperr­ blech (2, 3) versehen, welches etwa mittig und quer zur Längenaus­ dehnung der Laufschaufel (1) abschnittweise durch diese hindurch­ greift, um die Mittellinie der Durchgreiföffnungen (9) drehbar ist und sich bei Stillstand oder niedrigen Drehzahlen des Laufrades (7) in seiner Ausgangsposition (A, 2(A), 3(A)) mit seinem oberen (2) und unterem Abschnitt (3) eng an den in Laufrichtung des Laufrades (7) ge­ sehen hinteren bzw. vorderen Flächenabschnitt der Laufschaufel (1) an­ legt
  • - der untere, der Drehachse des Laufrades (7) nähere Abschnitt (3) jedes Absperrbleches (2, 3) besteht aus einem wesentlich schwereren Material
  • - die verlängerte Verbindungslinie zwischen der Drehachse (9) des Ab­ sperrbleches (2, 3) und dem Schwerpunkt des unteren Abschnittes (3) des Absperrblechs (2, 3) verläuft nicht durch die Drehachse des Lauf­ rades (7)
  • - auf dem unteren hinteren Flächenabschnitt jeder Laufschaufel (1) ist eine Druckfeder (6) befestigt, die einen geradlinig geführten Stößel (5) auf eine an dem oberen Abschnitt (2) des Absperrbleches (2, 3) befestigte Kurvenplatte (4) drückt
  • - die Absperrbleche (2, 3) der benachbarten Laufschaufeln (1) berühren sich, wenn sie sich infolge der bei Drehung des Laufrades (7) an ihren schwereren Abschnitten (3) auftretenden höheren Fliehkraft in ihre Endstellung (B, 2(B), 3(B)) drehen.
1. flow turbine, consisting of a between a liquid inlet opening and a liquid outlet opening perpendicular to the flow direction of the liquid arranged roller-shaped impeller ( 7 ) which has spaced-apart blades ( 1 ), in which the inflowing liquid is guided over guide vanes ( 17 ) and in the the impeller ( 7 ) consists of an annular disk-shaped lower and upper end plate, which are connected to each other via the Laufschau felts ( 1 ), additional stationary guide vanes ( 17 ) being arranged in the core area encompassed by the impeller ( 7 ), characterized by the following features:
  • - A gaseous flowing medium, e.g. B. air used
  • - Each blade ( 1 ) is provided with a z-shaped angled shut-off plate ( 2 , 3 ), which extends approximately centrally and transversely to the longitudinal extension of the blade ( 1 ) in sections through it, around the center line of the access openings ( 9 ) and, when the impeller ( 7 ) is at a standstill or at low speeds, in its starting position (A, 2 (A), 3 (A)) with its upper ( 2 ) and lower section ( 3 ) closely adjusts to the direction of the impeller ( 7 ) see the rear or front surface section of the rotor blade ( 1 )
  • - The lower, the axis of rotation of the impeller ( 7 ) closer section ( 3 ) of each stop plate ( 2 , 3 ) consists of a much heavier material
  • - the extended connecting line between the axis of rotation (9) of the ex-barrier sheet (2, 3) and the center of gravity of the lower portion (3) of the Absperrblechs (2, 3) does not pass through the rotational axis of the running wheel (7)
  • - On the lower rear surface section of each blade ( 1 ), a compression spring ( 6 ) is attached, which presses a rectilinear plunger ( 5 ) onto a curve plate ( 4 ) attached to the upper section ( 2 ) of the shut-off plate ( 2 , 3 )
  • - The shut-off plates ( 2 , 3 ) of the adjacent rotor blades ( 1 ) touch when they move into their end position (B, 2 (B)) as a result of the higher centrifugal force occurring at their heavier sections ( 3 ) when the impeller ( 7 ) rotates, 3 (B)) turn.
2. Durchströmturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Kopf des Stößels (5) eine Rolle (10) drehbar befestigt ist und daß die Druckkraft der Feder (6) einstellbar ist.2. through-flow turbine according to claim 1, characterized in that a roller ( 10 ) is rotatably attached to the head of the tappet ( 5 ) and that the pressure force of the spring ( 6 ) is adjustable. 3. Durchströmturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) der Turbine oder Mitte seiner Längsausdehnung in Drehlagern (11) an einem gabelförmigen Träger (12) quer zur Drehachse des Laufrades (7) drehbar angeordnet ist und daß an dem mit den zusätzli­ chen Leitschaufeln (17) versehenen drehbaren Kernteil (16) ein Leitblech (13) an einem Ausleger (18) befestigt ist.3. flow-through turbine according to claim 1, characterized in that the housing ( 8 ) of the turbine or center of its longitudinal extent in rotary bearings ( 11 ) on a fork-shaped carrier ( 12 ) is arranged rotatably transversely to the axis of rotation of the impeller ( 7 ) and in that with the additional guide vanes ( 17 ) provided rotatable core part ( 16 ), a guide plate ( 13 ) is attached to a boom ( 18 ).
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